Dünya'dan yaklaşık 880 ışık yılı uzaklıkta, aşırı koşullara sahip bir ötegezegen atmosferini uzaya salarak, yıldızının neredeyse yarısını dolaşan iki devasa helyum kuyruğu oluşturuyor. Bu durum, bir gezegenden yayılan atmosferin bu denli net ve uzun süreli gözlemlendiği ilk kayıt oldu.
Daha önce de atmosferi 'sızdıran' ötegezegenler tespit edilmiş olsa da, bu genellikle gezegenler yıldızlarının önünden geçerken kısa süreliğine gözlemleniyordu. Ancak bu yeni çalışmada, araştırmacılar bir ötegezenin atmosferik kaçışını tüm yörünge hareketi boyunca sürekli olarak izleyerek bu olgunun nasıl işlediği, kaybolan gazların nereye gittiği ve gezegenlerin evrimi üzerindeki potansiyel etkileri hakkında önemli bilgiler elde etti.
Çalışma, daha önce buharlaşmış metal bulutları, yakut ve safir yağmurları ve bilinen en hızlı atmosferik jet akıntısı gibi sıra dışı özellikleriyle tanınan aşırı bir ötegezegen olan WASP-121b (Tylos) üzerine odaklandı. Tylos, genel olarak Jüpiter benzeri, ancak yıldıza çok daha yakın ve bu nedenle çok daha sıcak olan, aşırı sıcak bir Jüpiter olarak sınıflandırılıyor.
Yıldızına o kadar yakın ki, bir yörüngeyi sadece 30 saatte tamamlıyor; yani Tylos'ta bir yıl, Dünya'da bir günden biraz daha uzun sürüyor. Bu yakınlık, gezegenin atmosferini binlerce dereceye ısıtan yoğun radyasyona neden oluyor. Bu aşırı koşullar, hidrojen ve helyum gibi hafif gazların uzaya kaçmasına neden oluyor.
Atmosferik kaçış bazı durumlarda hızlı gerçekleşebilse de, genellikle gazların zamanla yavaşça uzaya sızdığı daha uzun soluklu bir süreçtir. Yine de, bu yavaş sızıntı bile bir gezegenin boyutunu ve bileşimini zamanla önemli ölçüde değiştirebilir ve evrimini etkileyebilir.
Atmosferik kaçışla ilgili bilgimizin çoğu, gezegenlerin yıldızlarının önünden geçerken yapılan ve sadece birkaç saat sürebilen gözlemlerden elde ediliyor. Bu yaklaşım, bir ötegezenin yörüngesi boyunca neler olup bittiğinin sadece küçük bir kesitini yakalayabiliyor.
Yeni çalışmada, araştırmacılar JWST'nin Yakın-Kızılötesi Görüntüleyici ve Yarık Spektroskopi (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) aracını kullanarak Tylos'u yaklaşık 37 saat boyunca kesintisiz gözlemledi. Bu gözlemler, bir tam yörüngeyi aşan, benzeri görülmemiş veriler sağladı.
Araştırmacılar, atmosferik kaçışın bilinen bir göstergesi olan kızılötesi dalga boylarında helyum emilimini taradılar. Tylos'un helyum bulutunun gezegenin çok ötesine uzandığı ve gezegenin yörüngesinin neredeyse yüzde 60'ını kapladığı tespit edildi. Bu, şimdiye kadarki en uzun süreli atmosferik kaçış gözlemi olup, araştırmacılara göre 'kalıcı ve büyük ölçekli bir akış' ortaya koyuyor.
İlginç bir şekilde, Tylos sadece tek bir akış oluşturmuyor. Helyum atomlarının, biri gezegenin arkasından sürüklenen, diğeri ise önünde uzanan iki ayrı kuyruk oluşturduğu görüldü. Her iki kuyruk da devasa boyutlarda ve birlikte Tylos'un çapının 100 katından fazla bir alanı kaplıyor.
Çalışmanın baş yazarı ve Trottier Ötegezegen Araştırmaları Enstitüsü ile Montréal Üniversitesi'nden astronom Romain Allart, "Helyum çıkışının ne kadar uzun sürdüğünü görmek bizi inanılmaz derecede şaşırttı" diyor. Allart, bu keşfin ötegezegen atmosferlerini şekillendiren karmaşık fiziksel süreçleri ve bu atmosferlerin yıldızlarıyla nasıl etkileşime girdiğini ortaya koyduğunu ekliyor. "Bu dünyaların gerçek karmaşıklığını daha yeni keşfetmeye başlıyoruz."
İki helyum kuyruğunun varlığı, astronomlar için bir muamma oluşturuyor. Mevcut bilgisayar modelleri, bir gezegenden sızan tek bir gaz kuyruğunu açıklayabiliyor, ancak farklı yönlere uzanan çift kuyrukların kökenini yeniden oluşturmakta zorlanıyorlar. Araştırmacılar, radyasyonun ve yıldız rüzgarının bir kuyruğu gezegenin arkasından sürükleyebileceğini, yıldızın yerçekiminin ise öndeki kuyruğu çekerek akışı Tylos'un yörüngesinde öne doğru eğebileceğini öne sürüyor.
Bu tür ve diğer kuvvetlerin atmosferik dış akımları nasıl etkilediğini araştırmak ve ilgili fiziksel süreçleri daha doğru modelleyen yeni 3B simülasyonları bilgilendirmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyuluyor. Tylos'un çift helyum kuyruklarını açıklamanın yanı sıra, atmosfer kaybının daha derinlemesine anlaşılması, gezegen evrimi hakkında daha geniş sırları ortaya çıkarabilir. Bu sırların arasında, bu tür gaz sızıntılarının devasa gaz devlerini daha küçük, Jüpiter benzeri gezegenlere veya hatta soyulmuş, kayalık çekirdeklere dönüştürüp dönüştüremeyeceği de yer alıyor.
Allart, "Bu gerçekten bir dönüm noktası" diyor. "Şimdi atmosferik kütle kaybını nasıl simüle ettiğimizi yeniden düşünmeliyiz; sadece basit bir akış olarak değil, yıldızıyla etkileşim halinde olan 3B bir geometriyle. Bu, gezegenlerin nasıl evrimleştiğini ve gaz devlerinin çıplak kayalara dönüşüp dönüşemeyeceğini anlamak için kritik."
Çalışma, Nature Communications dergisinde yayımlandı.
